基于北斗授时的变电站二次交流回路校验仪设计

赖宝鹏，柳 杨

（国网福建省电力有限公司漳州供电公司，福建漳州 363000）

0 引言

变电站二次交流回路系统是电力系统的重要组成部分[1]。如果在设备投产或者运行维护过程中出现二次交流回路系统的接线、变比、极性错误或开路等故障，将会导致电力计量错误、继电保护装置误动，甚至造成巨大的经济损失和严重的人身伤害事故[2]。因此，对二次交流回路系统进行检测能够为电力系统运行的安全稳定提供保障。

传统的二次交流回路校验一般由人工使用伏安相位表完成，高度依赖测试人员的工程经验。叶远波等[3]以二次交流回路及开入二次回路为研究对象，提出了同步性分析与预警策略。但是其分析结果受限于采集数据的准确性。因此，设计高精度、高效率的二次电流回路校验设备能够为变电站的在线监测提供保障。然而，国内外均无功能齐全的一体式交流电流电压回路校验仪器。本文采用北斗授时，结合高精度AD 同步采样技术，实现了变电站范围内的统一无线相位基准校验，能够提升工作效率，提升校验准确性。

1 系统组成

本文研制的变电站二次交流回路校验仪包括基准广播装置和手持测量装置2 个部分，二者通过大功率无线通信模块组成一个网络（图1）。

图1 系统整体组成

（1）基准广播装置：PT 和CT 互感器实时采集三相自耦调压器输出的A 相电压信号，经过处理传输给单片机，STM32处理器[4]计算出其相位幅值。处理器结合北斗授时模块[5]产生的PPS 秒脉冲和标准时间，给测出的电压电流幅值相位加上绝对时间坐标，并通过433 MHz 无线网络[6]广播出电压幅值相位。

（2）手持测量装置：手持测量装置是供校验人员对各个间隔端子进行校验测量。当找到相同时间坐标的数据时，手持测量装置会将所有测量的相位相对于基准广播装置A 相相位进行调整，使得所有相位均以基准广播装置A 相作为基准。

2 基于北斗授时的AD 高精度同步采集

变电站主控室的墙壁屏蔽网能够屏蔽北斗卫星信号，导致测量主控室内的端子排时失去时间基准。因此，设计装置在信号丢失后，依赖温补晶振提供短期时钟基准，待重新收到GPS 信号后启用PPS 信号。基准广播和手持测量装置均有北斗授时模块，采用同步采样AD 芯片AD7656，每当PPS 秒脉冲达到时，STM32 处理器同步触发采样，并获取UTC 时间。

3 微弱电压电流信号调理电路设计

当变电站一次回路低压运行时，其二次回路感应的电压电流信号非常微弱，需要经过信号调理电路[7]。

对于电压信号，采用同相比例放大电路进行放大，针对不同的变电站会有不同的二次感应电压值，本文设置了4 个档位。

对于电流信号，采用跨阻放大器将μA 级的微弱电流信号转为0.2～4 V 的电压信号。基本原理如图2 所示。

图2 基本I—U 转换电路

T 形网络跨阻放大器能够将μA 级信号转换为V 级的电压信号，电路原理如图3 所示，在节点v1将电流相加：

图3 T 形网络反馈I—U 转换电路原理

由常规I—V 转换电路公式：

消去v1得到：

4 模拟实验数据分析

将测试仪器的A 相输出的幅值120 V，相位0°的电压信号接入到基准广播装置的输入端，以手持测量装置三相电流钳对博电继保测试仪的三相电流输出信号进行测量，实验过程中，手动设定电流输出从150 mA 到5 mA 逐渐减小。

图4 为测试仪输出三相标准电流信号幅值和手持端电流钳测量值之间的相对误差百分比。在电流递减过程中，电流幅值的测量误差在电流幅值较大时相对误差较小，基本维持在±0.2%以内，在电流信号变化到30 mA 以下时相对误差有增长趋势，电流输出减小到5 mA 时最大相对误差为0.8%，满足现场试验要求。

图4 电流幅值测量误差

图5 为测试仪输出标准三相电流信号和0°、120°、240°标准相位时，手持端的显示屏所显示的幅值与标准信号的相位绝对误差值。

从图5 可以看出：相位值绝对误差最大为3.7°。在电流递减过程中，手持端三相电流相位的绝对误差最大接近4°，基本满足现场测试要求。

图5 电流相位测量误差

5 结论

本文研制的二次回路校验装置可在各电压等级的变电站新（扩）建、大修技改后投运前进行整体检验，实验结果表明，研制装置精度满足测试要求，解决了变电站二次回路极性和变比校验中靠局部人工检验或局部试验时费时费力的问题，显著提高了工作效率和校验的准确性。可以准确检验出接线错误，能够避免误动和拒动，提高了系统稳定性。能够及时发现问题隐患，避免带电或运行后发生事故、造成巨大损失。